DE19946028C1 - Starres Anschlußteil mit verdrehsicher daran angebrachtem Balg - Google Patents

Abstract

Es soll eine aus einem starren Anschlußteil (2) und einem flexiblen Balg bestehende Abdichteinheit geschaffen werden, die verdrehsicher ist und eine zuverlässige Dichtheit gewährleistet. DOLLAR A Der Querschnitt des Anschlußteils (2) weist die Form eines Reulleauxschen Bogendreiecks auf. Sein Umfang U - ebenso wie der Umfang des lichten kreisförmigen Querschnitts der flexiblen Befestigungsmanschette - ist gleich dem Produkt pi x D und ist alternierend aus drei Sechstel-Kreisbögen (B1, B2, B3) mit dem Radius (R) und drei Sechstel-Kreisbögen (b1, b2, b3) mit dem Radius (r) stetig zusammengesetzt, also U = B1 + b1 + B2 + b2 + B3 + b3, wobei vorzugsweise gilt: 0,5 D < R < D und r = D - R. DOLLAR A Für die Lenkung oder die Antriebsachse eines Kraftfahrzeugs.

Description

Die Erfindung betrifft eine aus einem starren Anschlußteil und einem flexiblen Balg bestehende Abdichteinheit, z. B. für die Lenkung oder die Antriebsachse eines Kraftfahrzeuges, wobei der flexible Balg an das starre Anschlußteil montiert wird, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Übliche Bälge weisen einen kreisförmigen Querschnitt auf. Solche kreisförmigen Bälge werden üblicherweise auf ein Gehäuse mit kreisförmigem Querschnitt oder ein kreisförmiges Zwischenteil aus Thermoplaste oder Elastomere (TPE, TPU) montiert.

Werden (kreisförmige) Bälge, d. h. Bälge mit kreiszylindrischer Manschette, auf ein Gehäuse mit kreiszylindrischem Querschnitt montiert, so gibt es keine Verdrehsicherheit. Um ein Minimum an Verdrehsicherheit zu erreichen, ist dafür eine teure Schelle notwendig, die mit hohem Kraftaufwand festgedreht werden muß. Wegen der großen Zuspannkraft muß wiederum ein massives, schweres Metallgehäuse vorgesehen sein.

Werden hingegen kreiszylindrische Bälge unter Zwischenschaltung eines kreiszylindrischen Zwischenteils auf ein Gehäuse montiert, so ist auch hier keine Verdrehsicherheit gewährleistet. Außerdem ist ein zusätzliches Teil notwendig. Auch gibt es zusätzliche Abdichtstellen.

Außer Abdichteinheiten mit kreiszylindrischer Dichtfläche sind abzudichtende Stirnflächen bekannt, die einen nicht­ kreisförmigen Querschnitt aufweisen.

Die DE 30 31 787 C2 beschreibt eine Dichtmanschette für eine Gelenkkupplung mit im wesentlichen dreieckigem Querschnitt. Dabei sind die Ecken des Dreiecks schwach gebogen abgetrennt. Die so entstehenden Schnittpunkte zwischen Krümmungsbogen und gerader Seitenlinie sind jeweils mit kleinem Radius abgerundet. Die Dichtmanschette weist einen ähnlich dreiseitigen Querschnitt auf. D. h.: Für die Gelenkkupplungen sind speziell ausgebildete Dichtmanschetten erforderlich. Wegen der äußerst geringen Radien beim Übergang auf die geraden Seitenflächen ist eine sorgfältige Justage beim Montieren der Dichtmanschette erforderlich.

Da die Seitenflächen der Gelenkkupplung völlig eben ausgebildet sind, ist deshalb orthogonal zu diesen Seitenflächen keine Andrückkraft gegeben - weder von dem knapp dimensionierten Balg noch von einer zusätzlich angebrachten Schelle.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine aus Anschlußteil und daran angebrachtem Balg bestehende Abdichteinheit zu schaffen, die - bei Meidung der genannten Nachteile - verdrehsicher ist und eine zuverlässige Dichtheit zwischen Anschlußteil und Balg gewährleistet.

Die mit dem Anspruch 1 im wesentlichen umschriebene Lösung dieses Problems sieht einen Balg mit kreiszylindrischer Manschette vor, die auf ein starres Gehäuse montierbar ist, wobei der Gehäuse-Querschnitt ein nach dem Gesetz von Reulleaux und dem Satz von Barbier (1860) berechnetes Polygon aufweist. Vorteilhafte Ausführungsdetails ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Der Balg ist flexibel und besteht aus gummielastischem Material oder dünnem Material aus TPE oder TPU. Aus diesem Grunde ist es nicht erforderlich, daß die endseitige Manschette des Balgs eine - verglichen mit dem Umriß des Befestigungsmaterials des jeweiligen Anschlußteils - im wesentlichen gleichartige Stirnöffnung aufweist. Wegen der relativ großen Radien des Anschlußteils und wegen der Elastizität der Manschette paßt sich die Manschette den Umrissen des Anschlußteils problemlos an. Da die Dichtmanschette kreiszylindrisch ausgebildet ist, braucht nicht eine bestimmte Winkelposition zum Anschlußteil eingehalten zu werden. Die kreiszylindrisch konstante Wandstärke stellt einen fertigungstechnischen Vorteil dar. TPE- und TPU-Bälge können im Blasverfahren hergestellt werden.

Da die unterschiedlichen Krümmungen des Anschlußteils stets konvex nach außen gewölbt sind, ergibt sich an jedem Punkt des Umfangs eine orthogonal nach innen gerichtete Andruckkraft.

Die Umfangslinie des Anschlußstücks weist keine Knicke und keine Sprungstellen auf. Aus diesem Grunde gibt es bei gewissen Torsionsbelastungen auch keinerlei Belastungsspitzen entlang dieser Umfangslinie. Eine Beschädigung durch partielle Überlastung wird somit vermieden.

Eine entlang dem Umfang des Anschlußteils vorgesehene Ringnut ergibt in Verbindung mit einer ringförmigen Verdickung entlang des Umfangs der stirnseitigen Öffnung der Dichtmanschette eine präzise Positionierung der Manschette auf dem Anschlußteil in axialer Richtung.

Eine darüberhinaus angebrachte Schelle bringt zusätzlichen Halt und zuverlässige Dichtheit. Für die Schelle gilt das Gleiche wie für die Manschette: Da sämtliche Radien konvex nach außen gerichtet sind, ergibt sich in jedem Punkt der Schelle auf ihrer gesamten Länge eine orthogonal gerichtete Kraft.

Darüberhinaus sind mit der erfindungsgemäßen Anordnung die folgenden Vorteile gegeben:

• - kostengünstige Fertigung von kreisförmigen Bälgen;
• - Verdrehsicherheit durch Formschlüssigkeit, dadurch einfachere, billigere Schelle nur zum Abdichten;
• - gleichmäßige Verteilung der Kräfte am Umfang;
• - Materialersparnis am Gehäuseteil, weniger massiv;
• - mit einem speziellen Schellenspannwerkzeug ergibt sich eine kürzere Montagezeit.

Im folgenden wird das Grundprinzip der erfindungsgemäßen, aus starrem Anschlußteil und flexiblen Balg bestehenden Anordnung anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 das Gehäuse eines erfindungsgemäßen Anschlußteils:
1a im Querschnitt,
1b im Längsschnitt;

Fig. 2 die Konstruktionsvorschrift für das zugrundeliegende Polygon.

Das Anschlußteil 2 (Fig. 1) der erfindungsgemäßen Anordnung Anschlußteil/Dichtmanschette wird nach dem sogenannten "Gleichdickpolygon" polygonförmig ausgebildet. Ein solches "Gleichdickpolygon" hat die besondere Eigenschaft, daß es den gleichen Umfang wie ein Kreis mit dem Durchmesser D hat, wenn gilt: D = r + R (Gesetz von Reuleaux, Satz von Barbier: Dr. rer. nat. D. Langwitz: "Differential- Geometrie", BG Teubner Verlagsgesellschaft, Stuttgart, 1960, Seiten 157 und 158).

Die Dichtigkeit einer aus polygonförmigem Anschlußteil 2 und Balg bestehenden Anordnung ist die gleiche wie bei einem Anschlußteil 2 mit kreisrundem Querschnitt des Durchmessers D. Für die Verdrehsicherheit ist bei der Polygonform lediglich Formschlüssigkeit mit dem zugehörigen Balg erforderlich. Dann ist über die Schelle nur die für die Dichtigkeit notwendige Kraft aufzubringen. Die Verdrehsicherheit ist nämlich bereits durch die Polygonform des Anschlußstücks gewährleistet. Dies ist insbesondere bei einem Kaltstart von Vorteil. Da die Schellen lediglich die Formschlüssigkeit bewirken müssen, können sie einfacher und leichter konstruiert sein und sind damit billiger in der Herstellung.

Die Konstruktionsvorschrift für das erfindungsgemäße Anschlußstück ergibt sich aus der Konstruktionszeichnung Fig. 2. Es gilt: R = r + a. Dabei ist a die Seitenlänge eines gleichseitigen Dreiecks. Zur Erzeugung eines Polygons werden um die Eckpunkte des Dreicks und zwar in den Außenraum Kreisbögen mit dem Radius r geschlagen. Außerdem werden von den Eckpunkten des Dreiecks in Richtung über den Innenraum des Dreiecks Kreisbögen mit dem Radius R geschlagen. Auf diese Weise ergibt sich die Querschnittsfläche des erfindungsgemäßen Anschlußstücks.

Um dem Polygon denselben Umfang U zuzuweisen wie einem Kreis mit dem Durchmesser D gilt:

D = r + R
→ R = (D + a)/2 r = (D - a)/2.

Aus der Fig. 2 ergeben sich die weiteren Details zur Berechnung des Umfangs U. Der Umfang U des Polygons besteht aus sechs Teilstrecken: b1 = 1/6 . 2rπ, B1 = 1/6 . 2Rπ, b2 = . . ., B2 = . . ., b3 = . . ., B3 = . . . D. h.: Der Umfang wird aus sechs Teilstrecken gebildet, die jeweils 1/6 eines Kreises bilden. Und zwar drei Teilstrecken mit dem kleineren Radius r und - alternierend - drei Teilstrecken mit dem größeren Radius R. Das Polygon hat insgesamt den Umfang U = rπ + Rπ. Da r + R = D, ergibt sich U = Dπ. Das ist aber auch gleich dem Umfang eines Kreises mit dem Durchmesser D.

Grundsätzlich ist das erfindungsgemäße Prinzip auch für rechteckige oder sonstige mehreckige Anschlußstücke anwendbar. Es gilt dann ein entsprechend abgewandeltes Konstruktionsprinzip.

Bezugszeichenliste

2

(starres) Anschlußteil
r kleiner Radius
R großer Radius
a Seitenlänge eines gleichseitigen Dreiecks (a = R - r)
b1, b2, b3 sechstel Kreisbogen mit Radius r
B1, B2, B3 sechstel Kreisbogen mit Radius R

Claims (2)

1. Eine aus starrem Anschlußteil (2) und einem flexiblen Balg (4) bestehende Abdichteinheit,
insbesondere für die Lenkung oder die Antriebsachse eines Kraftfahrzeuges,
wobei die Befestigungsmanschette des flexiblen Balges an das starre Anschlußteil (2) montierbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Querschnitt der flexiblen Befestigungsmanschette kreisförmig mit dem Durchmesser D ausgebildet ist und den Umfang π × D aufweist,
der Querschnitt des starren Anschlußteils (2) hingegen die Form eines Gleichdicks (Reulleaux'schen Bogendreiecks) aufweist,
dessen Umfang U ebenfalls gleich dem Produkt π × D ist und das alternierend aus drei Sechstel-Kreisbögen (B1, B2, B3) mit dem Radius R und drei Sechstel-Kreisbögen (b1, b2, b3) mit dem Radius r stetig zusammengesetzt ist (also U = B1 + b1 + B2 + b2 + B3 + b3),
wobei gilt: 0,5D < R < D und r = D - R.

2. Abdichteinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gilt: 0,7D ≦ R ≦ 0,8D und r = D - R.